Il plasma è un gas ionizzato, cioè un gas contenente elettroni, ioni, atomi, molecole, radicali e fotoni. Viene spesso chiamato il quarto stato della materia e, sorprendentemente, permea ogni cosa. I plasma, generati artificialmente trasmettendo energia a un gas, si trovano nei tubi fluorescenti che illuminano le cucine, ma hanno anche permesso ai telefoni cellulari di diventare sempre più piccoli.
Il plasma è stata una vera rivoluzione nel mondo della tecnologia. Prima, per incidere i circuiti sulle piastre di silicio utilizzate nei dispositivi elettronici come i cellulari, era necessario utilizzare prodotti chimici inquinanti. Ora, l'uso del plasma ha reso possibile farlo in modo più pulito e preciso, rendendo possibile rendere le fessure sempre più piccole e, con esse, i dispositivi.
Ma il plasma ha anche altre applicazioni, come il trattamento dell’acqua. I gruppi FQM-136 Fisica dei Plasmi e FQM-346 Catalisi Organica e Materiali Nanostrutturati dell'Università di Córdoba hanno collaborato a uno studio di ricerca il cui scopo era l'eliminazione dei contaminanti presenti nell'acqua mediante l'applicazione del plasma per promuovere processi chimici.
Il loro studio è pubblicato sulla rivista Chemosphere .
Con l'obiettivo di affrontare il problema della crescente presenza di inquinanti organici nelle acque, come coloranti e altri composti provenienti da attività agricole e industriali nelle acque che destabilizzano gli ecosistemi, questi ricercatori hanno optato per l'applicazione del plasma.
Nel 2017 hanno dimostrato, per la prima volta, che i plasmi di argon indotti dalle microonde aperte nell'aria, agendo sull'acqua, generano in essa specie reattive contenenti ossigeno e azoto (come radicali idrossilici, perossido d'acqua, radicali azoto) capaci di decontaminandolo.
Ora i ricercatori Juan Amaro Gahete, Francisco J. Romero Salguero e María C. García sono riusciti a progettare un reattore di questo tipo di plasma e ad aumentare significativamente la quantità di queste specie attive generate nell'acqua, rendendo così possibile la distruzione di alte concentrazioni di coloranti (in questo caso, blu di metilene) in pochi minuti.
Hanno raggiunto questo obiettivo alterando il design del surfatron, il dispositivo metallico che mescola l'energia di un generatore di microonde con il plasma per mantenerla.
"Quello che abbiamo fatto è mettere un piccolo pezzo di silicio nel tubo di scarica di quarzo, permettendo di generare un plasma diverso, non filamentoso e più efficace nel creare specie attive quando interagiscono con l'acqua," ha spiegato la professoressa María. C. Garcia.
I suddetti componenti del plasma, quando interagiscono con l'acqua, generano specie ossidanti in grado di degradare i composti organici e uccidere i microrganismi, il che consente di utilizzare questo reattore al plasma in applicazioni legate alla bonifica delle acque.
Questa nuova configurazione, quindi, amplia l'applicabilità di questo tipo di plasma.
"Il progetto cambia completamente la configurazione del campo elettromagnetico generato dal surfatron per creare il plasma, ottenendo un plasma con proprietà diverse e più efficienti, eliminando anche il problema della filamentazione (la divisione della colonna di plasma in tanti filamenti), che destabilizza it," ha spiegato il professor García.
E poi... decontaminazione. "Le specie ossidanti generate dall'azione del plasma sono molto reattive e permettono di distruggere la materia organica presente nell'acqua", ha continuato il professor Francisco J. Romero.
Perché ciò avvenga, il plasma non viene introdotto nell'acqua. Piuttosto è fatto agire a distanza, tanto che tra l'acqua e il plasma c'è una zona d'aria dove avvengono numerose reazioni dovute a collisioni tra le specie eccitate e le molecole di ossigeno, azoto e vapore acqueo, e "specie reattive che diffondono nel liquido e finiscono con i contaminanti" vengono generati.
Il potenziale decontaminante di questo tipo di plasma, generato con questo nuovo design, "è stato testato per ridurre elevate concentrazioni di colorante blu di metilene nell'acqua, con risultati molto efficienti in termini energetici, ottenendo la completa eliminazione del colorante in tempi di trattamento ridotti ," ha detto il ricercatore Juan Amaro.
Con questo lavoro si fa così progresso in una delle applicazioni del plasma, quel "quarto stato della materia" che si crea fornendo energia a un gas stabile e convertendolo in un gas ionizzato, applicabile a quasi tutto:produzione di microchip, disinfettare superfici, curare ferite, depositare rivestimenti antiriflesso sui vetri, migliorare la germinazione dei semi, recuperare i rifiuti, attivare la superficie della plastica per ottenere una migliore adesione della vernice e innumerevoli altre applicazioni.
Ulteriori informazioni: Juan Amaro-Gahete et al, Dispositivo surfatron modificato per migliorare la generazione di RONS assistita da plasma a microonde e la degradazione del blu di metilene nell'acqua, Chemosfera (2023). DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.140820
Informazioni sul giornale: Chemosfera
Fornito dall'Università di Córdoba
